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1. Continuer de mesurer la temp rature de l eau de refroidis sement toutes les 2 minutes observer l l vation de la temp rature et attendre que la valeur maximale soit at teinte Pour finir Arr ter le transformateur d montable sans cesser d obser ver l volution de la temp rature de l eau de refroidisse ment D terminer le changement de temp rature AS de l eau de refroidissement et le noter Note Si le volume de la r serve d eau de refroidissement est trop faible la temp rature dans le r servoir va augmenter elle aussi Le changement de temp rature A8 mesur doit alors tre corrig en cons quence Recommencer la mesure avec les tensions de chauffage U 10 V 12 V et 14 V b Fonctionnement avec le frein dynamom trique de Prony D abord Placer les deux moiti s du frein dynamom trique de Prony c sur le vilebrequin du moteur air chaud l g rement serrer les vis molet es et orienter le frein dynamom trique l horizontale Monter la tige de 47 cm sur le petit pied en V et y fixer la tige en querre Fixer le dynamom tre de pr cision 1 0 N e la tige avec la noix Leybold accrocher l oeillet droit du frein dyna mom trique de Prony et ajuster le z ro du dynamom tre Ensuite Note La machine ne doit pas s arr ter du fait de la charge m cani que En cas d arr t imm diatement relancer la machine la main ou imm diatement arr ter le chauffag
2. o Q W D 5 0 J A een haa O o 10 ns Bi s 0 A paaa mnn 0 2 4 6 s Fig 6 Influence de la vitesse de rotation f sur les grandeurs Q2 et W chaleur Q2 en fonctionnement frein QO chaleur Q2 en marche vide E travail m canique W en fonctionnement frein O travail m canique W en marche vide LEYBOLD DIDACTIC GMBH Leyboldstrasse 1 D 50354 H rth Phone 02233 604 0 Telefax 02233 604 222 Telex 17 223 332 LHPCGN D by Leybold Didactic GmbH Printed in the Federal Republic of Germany Technical alterations reserved
3. courant Un blocage des bielles et du vilebrequin peut galement susciter un arr t du moteur En cas d arr t la chaleur d livr e la culasse n est pas suffi samment dissip e M Respecterles instructions sp cifi es dans le mode d em ploi du moteur air chaud Lorsque la machine est l arr t ne pas chauffer la culasse en permanence Ne faire fonctionner le moteur air chaud que sous surveillance En cas d arr t du moteur imm diatement arr ter le chauffage lectrique Prot ger les bielles et le vilebrequin contre l acc s par des personnes non autoris es par la mise en place de la grille de protection LEYBOLD Fiches d exp riences de physique Montage Le montage exp rimental est repr sent sur la fig 2 Mesure de la temp rature dans l eau de refroidissement D visser le raccord filetage GL14 de l coulement de l eau de refroidissement de la culasse et monter l adapta teur pour temp rature a fourni avec les accessoires pour le moteur air chaud voir mode d emploi 388 221 introduire le thermom tre 10 40 C dans l adaptateur pour temp rature et le fixer avec le raccord filetage GL18 Alimentation en eau de refroidissement Verser au moins 10 d eau dans le r cipient d eau ouvert et attacher la pompe submersible Brancher la sortie de la pompe submersible l arriv e d eau de refroidissement du moteur air chaud et amener l coulement de l eau de
4. es calcul es partir des gran deurs mesur es en fonction de la tension de chauffage U et du couple freinant N la vitesse de rotation f du moteur air chaud respectivement atteinte le travail de frottement du piston Wp pr lev de l exp rience P 2 6 1 1 la chaleur Q gt calcul e selon VID IX c d e l eau de refroidissement parle cycle chaque rotation et la totalit du travail m canique W accompli calcul selon V et VI Le rendement n se d termine partir des deux derni res grandeurs conform ment IV voir tab 4 Les fig 4 6 montrent les d pendances sous forme graphique Tableau 3 U N f WR w Q2 V N m SA J J J 8 0 1 6 2 6 2 6 19 8 10 0 4 2 1 0 1 0 12 7 12 0 6 0 1 0 1 0 13 0 14 0 7 4 1 0 1 0 13 7 14 0 16 6 0 1 0 2 0 14 6 14 0 21 5 3 1 0 2 3 15 8 14 0 27 4 2 1 0 2 7 16 1 Tableau 4 U N LEA n vV N m s t 8 0 1 6 0 12 10 0 4 2 0 07 12 0 6 0 0 08 14 0 7 4 0 07 14 0 16 6 0 0 12 14 0 21 5 3 0 13 14 0 27 4 2 0 14 P2 6 2 2 Fig 4 Vitesse de rotation f du moteur air chaud non frein en fonction de la tension de chauffage U f s1 6 4 21 0 m 0 0 1 0 2 N Nm Fig 5 Vitesse de rotation f du moteur air chaud en fonction du couple freinant N pour la tension de chauffage U 14 V 20
5. refroidissement dans le r cipient d eau Brancher la pompe submersible l alimentation TBT ou _ Brancherl arriv e d eau de refroidissement du moteur air chaud au robinet d eau et amener l coulement de l eau de refroidissement dans le d versoir Alimentation en tension Monter le couvercle de la culasse avec filament chauffant respecter la marque voir mode d emploi du moteur air chaud Tourner le volant moteur et v rifier l tanch it du moteur air chaud ventuellement fermer le collier de serrage pour le capteur de pression avec le bouchon pr vu cet effet Monter le transformateur d montable et brancher la sortie de 12 V avec amp rem tre voltm tre plage de mesure 10 A aux douilles de 4 mm du couvercle pour la culasse Les l ments en verre du moteur air chaud ne doivent pas tre soumis une trop grande sollicitation thermique M Ne pas faire fonctionner le moteur air chaud sans eau de refroidissement et s assurer du bon fonctionnement du circuit d eau de refroidissement M Veiller ce que la temp rature de l eau de refroidisse ment aliment e ne d passe pas 30 C M Ne pas porter le filament chauffant des temp ratures lev es incandescence jaune en fonctionnement per manent et en tout cas seulement lorsque le moteur tourne rapidement Attention le couvercle de la culasse et les douilles de connexion chauffent norm ment en cas d utilisation pro lon
6. 0210 Wei Chaleur Cycle thermodynamique Moteur air chaud essais quantitatifs Objectifs exp rimentaux LEYBOLD Fiches d exp riences de physique D termination du rendement du moteur air chaud comme moteur thermique M Mesure de la chaleur Q3 fournie l eau de refroidissement chaque rotation M Mesure du travail m canique W accompli chaque rotation M D termination du rendement n du moteur thermique Notions de base Un moteur thermique pr l ve chaque rotation la quantit de chaleur Q d un r servoir accomplit le travail m canique W et c de la chaleur Q un deuxi me r servoir En l absence de pertes thermiques l nergie interne du syst me a la m me valeur au d but et la fin on a alors Q1 Q2 W 1 Le moteur air chaud ne pr sente pas ce comportement id al vu qu il a t optimis des fins didactiques Les pi ces transparentes du moteur permettent de suivre le processus de fonctionnement on a enti rement renonc une isolation thermique de la culasse Une grande partie de la puissance lectrique d livr e se perd par conduction et rayonnement thermique Cela signifie que Q1 gt Q2 W 11 On caract rise normalement de rendement du moteur thermi que le rapport wW L Qi Dans le cas du moteur air chaud il est cependant pr f rable de consid rer comme rendement le rapport _ W A Qi 111 IV e53 La chaleur Q
7. e lectrique R gler la force de frottement souhait e en vissant les deux moiti s du frein dynamom trique de P rony _Pourla compensation de la force de frottement accrocher une masse marqu e de 50 g b du c t gauche Faire fonctionner le moteur air chaud avec une tension de chauffage U 14 V tout en observant l volution de la temp rature du liquide de refroidissement LEYBOLD Fiches d exp riences de physique Relever la force F sur le dynamom tre de pr cision Couple freinant N F m g 0 25m D terminer l l vation de la temp rature de l eau de refroi dissement Augmenter la force de frottement du frein dynamom trique de Prony et recommencer la mesure Exemple de mesure D bit volume de l eau de refroidissement 780 cm3 en 5 min AV 780cm At 300s N s a Marche vide Tableau 1 Tableau de mesure pour la marche vide u i E a V A s i C 8 7 6 1 6 3 3 10 9 4 4 2 5 3 12 gt 10 6 0 7 7 14 gt 10 7 4 10 0 b Fonctionnement avec le frein dynamom trique de Prony Tableau 2 Tableau de mesure pour le fonctionnement avec le frein dynamom trique de Prony tension de chauffage U 14 V s 1 50g N 6 0 8 6 1 0 13 5 3 8 2 1 0 33 4 2 6 6 2 0 10 couple freinant N F m g 0 25 m LEYBOLD Fiches d exp riences de physique Exploitation et r sultat Le tab 3 contient des donn
8. e l eau reflue par le tuyau d coulement Amenerle tuyau d coulement dans le b cher en plastique et d terminer le d bit volume AV de l eau de refroidisse ment par intervalle de temps At voir fig 3 Mesurer la temp rature de l eau de refroidissement intervalles de 2 minutes et attendre que l volution soit clairement extrapolable Ensuite Mettre en route le transformateur d montable avec une tension de sortie U 12 V Fig 2 Montage exp rimental pour la d termination du rendement du moteur air chaud comme moteur thermique Fig 3 D termination du d bit volume AV par unit de temps At SN er Ne TN QO P2 6 2 2 D s que le filament chauffant est rouge incandescent Lancer le moteur air chaud en faisant tourner le volant moteur dans le sens horaire Si le moteur air chaud ne d marre pas malgr plusieurs tentatives Arr ter le transformateur d montable et v rifier le montage D s que le moteur air chaud fonctionne de lui m me R duire la tension de chauffage U 8 V Mesurer la vitesse de rotation f du moteur air chaud et la noter La vitesse de rotation du moteur s obtient partir de la fr quence mesur e et du nombre de trous du disque trous
9. el 1 moteur air chaud 388 182 1 lot d accessoires pour moteur air chaud 388221 1 noyau en U avec joug 56211 1 dispositif de serrage 562 12 1 bobine secteur 500 spires 56221 1 bobine TBT 50 spires 562 18 1 multim tre METRAmax2 531 100 1 multim tre METRAmax 3 531 712 1 jeu de 12 masses marqu es de 50g 34261 1 dynamom tre de pr cision 1 0 N 314141 lcompteurP 575 45 1 barri re lumineuse lumi re infrarouge 33746 1 transformateur 6 V 12 V 30 VA 56273 1 c ble adaptateur 4 p les 1 5 m 50118 1 thermom tre 10 40 C 382 36 1 b cher en plastique 1000 ml 590 06 1 chronom tre manuel Il 60 s 30 min 313 17 2 pieds en V petit mod le 300 02 1tig6 25 CM 444 un dure 300 41 Litid 47 CM sn de Me Da D La 300 42 1 tige en querre 300 51 2 noix Leybold 301011 C bles d exp rience en partie avec une section de 2 5 mm Suppl ment n cessaire R cipient d eau ouvert au moins 10 1 pompe submersible 12V 388 181 l alimentation TBT 522 16 2 tuyaux en silicone int 7x1 5mm lm 667194 ou arriv e et coulement de l eau de refroidissement Conseils de s curit Le moteur air chaud fonctionnant en moteur thermique ne d marre pas automatiquement et s arr te par exemple apr s une coupure de
10. est c d e l eau de refroidissement du moteur air chaud et se traduit l par une l vation de temp rature Une telle l vation de la temp rature peut toutefois aussi tre occasionn e par les pertes par frottement Wg du moteur air chaud en tout cas tant qu il s agit du frottement du piston dans le cylindre voir P2 6 2 1 Ces pertes par friction doivent tre prises en compte en tant que travail m canique dans un bilan nerg tique et ajout es lors du calcul au travail m canique accompli sur le volant Dans l exp rience un frein dynamom trique de P rony ex cute un couple N surle vilebrequin du moteur air chaud voirfig 1 Le moteur air chaud est ainsi ralenti une vitesse f On a W 27 N v comme travail m canique c d l axe chaque rotation et W W W8 VI pour la totalit du travail m canique accompli chaque rota tion La puissance P c d e l eau de refroidissement est d termi n e partir du changement de temp rature AS AV P c p 5r A c 4 185J g K t chaleur sp cifique de l eau p 1gcm 2 densit de l eau i d bit volume de l eau de refroidissement VII Le r sultat obtenu permet de calculer la chaleur c d e l eau de refroidissement chaque rotation Q 2 E VIII et la chaleur Q3 ramener au cycle proprement dit Q2 Q 2 WR IX Fig 1 Frein dynamom trique de Prony pour la g n ration d un cou ple freinant N F m g r P2 6 2 2 Mat ri
11. g e avec une puissance de chauffe maximale Monter la grille de protection du cylindre M Laisser refroidir le moteur air chaud avant d enlever les c ble de connexion ou avant de changer le couvercle pour la culasse LEYBOLD Fiches d exp riences de physique NN P2 6 2 2 Mesure de la fr quence Apposer sur le vilebrequin le disque trous d inclus aux accessoires pour le moteur air chaud Monter la barri re lumineuse sur le petit pied en V et l orienter vers un trou du disque immobile Utiliser le c ble adaptateur quatre p les pour brancher la barri re lumineuse la sortie 6 V du transformateur pour l alimentation en tension connecteur noir et l entr e de mise en marche du compteur P pour la mesure de la fr quence connecteurs rouge et gris Relier l entr e de mise en marche l entr e d arr t posi tionner le commutateur sur f et enclencher le compteur P Mesure du d bit de l eau de refroidissement Garder le b cher en plastique et le chronom tre manuel port e de la main R alisation a Marche vide D abord Enclencher l alimentation en eau de refroidissement pour ce faire r gler par ex l alimentation TBT pour la pompe submersible sur la position 2 v rifier le d bit et attendre qu

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